岩石蠕变-冲击试验研究——现状与展望

在深部岩体工程中,爆破等开挖扰动是触发岩爆的关键性因素,然而岩爆通常是滞后于爆破扰动一段时间才发生,表现出明显的时滞性,这给岩爆的预测和预警带来了巨大的困难。岩石蠕变-冲击力学行为的研究是揭示滞后型岩爆的力学基础。因此,蠕变-冲击受力条件下岩石的力学特性研究具有重要的理论意义与工程应用价值。本文阐述了岩石蠕变-冲击力学特性研究的工程背景及意义,重点介绍了蠕变加载条件下岩石的力学特性、岩石蠕变-冲击试验研究的现状,并综述了蠕变-冲击载荷下岩石力学行为的研究进展。在此基础上,展望了岩石蠕变-冲击力学研究的未来发展趋势,其中包括试验设备的改进与试验方法、蠕变-冲击过程中岩石的损伤表征、岩石在蠕变-冲击条件下的本构关系、该试验研究对于岩体损伤与破坏预测预警的理论意义等方面,指出了未来岩石蠕变-冲击力学性能研究的方向。

圆形巷道围岩加速蠕变影响下冲击地压的启动条件

针对高静载巷道蠕变型冲击地压现象,研究弹性区煤岩加速蠕变对巷道冲击的影响。基于等时应力应变曲线与全应力应变曲线的关系,得到了煤岩加速蠕变破坏的时效力学参数。通过分析巷道弹性区煤岩加速蠕变过程及其条件,并考虑围岩塑性区强度的应变软化,推导出圆形巷道围岩蠕变塑性区应力场。在此基础上,借鉴冲击地压扰动响应判别准则理论的思想,探讨了巷道围岩加速蠕变影响下的冲击启动机制,给出了冲击启动临界条件的解析解,分析了支护力和等时应力-应变曲线的割线模量比Mt对冲击临界条件的影响。结果表明:高地应力、初次支护的低支护力和煤的低单轴长期强度为巷道弹性区煤岩产生加速蠕变提供了有利条件,加速蠕变导致冲击启动通过弹性区煤岩强度的时效劣化实现;巷道所处地应力越高,弹性区煤岩只需历经较小的强度劣化,就可冲击启动;加速蠕变影响下,增大支护力对抑制冲击发生有促进作用,表现在支护力越高,弹性区煤岩需历经较大的强度劣化才可冲击启动,且启动时围岩内峰值应力较低、塑性区阻抗较大;煤岩单轴压缩峰后与峰前模量比(λ/E0)是巷道弹性区煤岩产生加速蠕变的非影响因素,但其是巷道冲击启动的重要影响因素,即巷道弹性区煤岩产生加速蠕变的临界地应力判据与模量比无关,模量比越小弹性区煤岩需历经更大程度的强度劣化才可冲击启动;抑制巷道蠕变冲击的核心在于控制弹性区煤岩不满足产生加速蠕变的条件。